面向单向输入力的柔顺正交位移放大机构拓扑构型设计

论文摘要

正交位移放大机构用以输出且放大垂直于输入力方向的位移,其构型常采用典型的桥式结构.但是桥式放大机构要实现正交位移转换必须输入双向对称力,否则输出端会产生寄生位移.针对此问题,采用连续体结构拓扑优化技术寻找新构型的柔顺位移放大机构,使之在单向输入力条件下,依然可以实现正交位移转换.基于固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)拓扑描述方法,以输出位移与输入位移比最大化作为目标函数,以相对寄生位移,即输出端寄生位移与输出位移之比作为其中一个约束函数,建立了面向单向输入力的柔顺正交位移放大机构的拓扑优化数学模型.采用伴随法详细推导了目标函数和约束函数的敏度信息,并采用移动渐近线算法(MMA)进行了优化问题的求解.通过数值算例,给出了正交位移放大机构的拓扑优化结果,并探讨了弹簧刚度对拓扑优化结果的影响.最后,通过有限元仿真和实验,研究了拓扑优化得到的新型正交位移放大机构和桥式位移放大机构的相对寄生位移.仿真和实验都验证了所提方法的正确性和有效性.

论文目录

• 1 引言
• 2 优化模型的建立
•   2.1 基于SIMP材料插值模型的拓扑描述
•   2.2 正交位移放大机构设计问题的建立
• 3 敏度分析
• 4 数值算例
•   4.1 迭代流程
•   4.2 数值算例
• 5 仿真比较与实验研究
•   5.1 与桥式位移放大机构的比较
•   5.2 实验验证
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘敏,占金青,朱本亮,张宪民

关键词: 正交位移放大机构,柔顺机构,拓扑优化,寄生运动,单向输入力

来源: 中国科学:技术科学 2019年05期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 机械工业

单位: 华东交通大学机电与车辆工程学院,华南理工大学广东省精密装备与制造技术重点实验室

基金: 国家自然科学基金(批准号:51665011,51605166),江西省教育厅科技项目(编号:GJJ170404),广东省精密装备与制造技术重点实验室开放课题(编号:PEM201704),江西省自然科学基金(编号:20161BAB206152)资助项目

分类号: TH112

页码: 579-588

总页数: 10

文件大小: 1507K

下载量: 235